في هذه المقالة، سنناقش أنواع تقنيات الاستشعار الكمي، وتأثيرها على التصنيع، واتجاه هذا المجال. صدق أو لا تصدق، الاستشعار الكمي مجال تقني قائم منذ أكثر من 50 عامًا، ويُستخدم الآن على نطاق واسع في أجهزة الليزر مثل الليدار، والتصوير بالرنين المغناطيسي، والخلايا الكهروضوئية.
على الرغم من أن المجتمع ينعم بالفعل بفوائد هذه التقنيات، إلا أنها ليست بنفس شهرة الحوسبة الكمومية والاتصالات الكمومية التي تُناقش على نطاق واسع. يشير مصطلح "الميزة الكمومية" الذي يُستشهد به كثيرًا إلى قدرة الحواسيب الكمومية على حل المشكلات في فترات زمنية قصيرة جدًا، مما يجعل من الممكن حل مشكلات كانت في السابق غير عملية ومعقدة. غالبًا ما تُناقش الاتصالات الكمومية في سياق الأمن السيبراني. يشهد كلا المجالين نموًا سريعًا، لكنهما لا يزالان على بُعد سنوات عديدة من الانتشار.
النهجان الرئيسيان للاستشعار الكمي هما الفوتونيات وأنظمة الحالة الصلبة. تتناول الفوتونيات معالجة الضوء بطرق متنوعة، بينما تتعامل أنظمة الحالة الصلبة مع مستشعرات في حالة كمية معروفة تتغير نتيجة تفاعلها مع مُحفِّز (ما يُراد قياسه). ضمن هذه النهج، تنقسم تقنيات الاستشعار الكمي إلى خمس فئات مختلفة، ولكل منها نقاط قوة متكاملة.
(1) التصوير الكمي- استخدام الرادار الكمومي/الليدار للكشف عن الأجسام المتحركة أو المخفية، وأفضل مجال تطبيق معروف هو الدفاع الوطني.
(2) أجهزة الاستشعار الكهرومغناطيسية الكموميةتقيس هذه المستشعرات المجالات الكهرومغناطيسية الديناميكية باستخدام مراكز النيتروجين الشاغرة، والأبخرة الذرية، والدوائر فائقة التوصيل. وتُستخدم أيضًا في التطبيقات الدفاعية، وفي الرعاية الصحية، مثل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي.
(3) مقاييس الجاذبية& Gأجهزة قياس الإشعاعتقيس هذه الأجهزة قوة وتغير مجال الجاذبية على التوالي. وتشمل تطبيقاتها الحالية الظواهر الجيوفيزيائية في باطن الأرض، وتُستخدم بشكل رئيسي في قطاع الطاقة للعثور على الخزانات.
(4) موازين الحرارة& Bمقاييس الحرارة (Mسهولة القياسTدرجة الحرارة& Aالغلاف الجويPطمأنة،Rعلى التوالي)- هذه الأدوات المتخصصة أكثر حساسية بكثير من تلك المستخدمة عادة، وتحقق دقة أعلى في التطبيقات الحرجة مثل الغواصات أو الطائرات من خلال استخدام سحب الذرات الباردة وأجهزة واجهة الكم الفائقة التوصيل.
(5) محددةSالاستشعارAالتطبيقاتWمعQيوانتومCالحوسبة أوCالاتصالات أوA Cمزيج منBالآخر- تحتاج هذه التطبيقات إلى مزيد من التطوير مع نضوج تقنيات الحوسبة الكمومية والاتصالات.
في البداية، استُخدمت تقنية الاستشعار الكمي في المنتجات الشائعة اليوم، مثل الكاميرات الرقمية. سيُفيد الجيل القادم من تقنية الاستشعار الكمي، الذي سيُصبح متاحًا تجاريًا، المصنّعين بطرقٍ عديدة: من خلال توفير حساسية عالية جدًا في القياسات التي تتطلب الدقة والضبط، ومن خلال الظهور المنتظم لحالات استخدام جديدة في صناعات الفضاء والطب الحيوي والكيميائيات والسيارات والاتصالات. ويُمكن تحقيق ذلك بفضل استخدام هذه المستشعرات للخصائص الكمومية للأنظمة لقياس التغيرات والخصائص الفيزيائية الصغيرة فيها.
صُمم الجيل القادم من تقنية الاستشعار الكمي ليكون أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأكثر فعالية من حيث التكلفة من سابقه، ويوفر دقة قياس عالية جدًا مقارنةً بتقنيات الاستشعار التقليدية. تشمل حالات الاستخدام المبكرة قياسات مراقبة الجودة على المنتجات عالية الجودة من خلال تحديد العيوب الطفيفة، وقياسات دقيقة على المنتجات الدقيقة، والاختبارات غير الإتلافية من خلال قياس ما هو مخفي تحت السطح.
تشمل العوائق الحالية أمام تبني تقنيات الاستشعار الكمي من الجيل التالي تكاليف التطوير والوقت، مما قد يؤخر تبنيها في جميع أنحاء الصناعة. وتشمل التحديات الأخرى دمج أجهزة الاستشعار الجديدة مع أطر البيانات الحالية وتوحيد المعايير داخل الصناعة، وهي قضايا تعكس العديد من تحديات تبني واستيعاب التقنيات الناشئة. ستتولى الصناعات الأقل حساسية للسعر، والتي ستستفيد أكثر من غيرها، زمام المبادرة. بمجرد أن تُظهر صناعات الدفاع والتكنولوجيا الحيوية والسيارات تطبيقات ودراسات جدوى لهذه التقنيات الحساسة، ستظهر حالات استخدام إضافية مع تطور التكنولوجيا وتوسعها. وستزداد أهمية أساليب وتقنيات القياس بدقة أعلى مع تبني قطاع التصنيع لتقنيات جديدة لتحسين الدقة والمرونة دون المساس بالجودة أو الإنتاجية.
من المهم التركيز على الفوائد التي يمكن تحقيقها من خلال دمج التقنيات الرائدة الأخرى مع الاستشعار الكمي، مثل الشبكات اللاسلكية. ستستفيد أيضًا الصناعات المرتبطة بالتصنيع، مثل البناء والتعدين. إذا تمكنت التكنولوجيا من تطوير هذه المستشعرات لتكون صغيرة الحجم ورخيصة الثمن، فقد تجد طريقها إلى الهواتف الذكية أيضًا.
وقت النشر: 30 يناير 2024